全 文 ：核 农 学 报 。。 , , 匀一 弓
通 扭 月 扭 已抽。介 加 占认众
‘ 天然丰度法测量豆科牧草
共生固氮的评估
姚允寅 陈 明 马昌嶙
王志东 侯景琴 张丽红
‘
骆永云
中国农业科学院原子能利用研究所 北京 。。。
无氮营养液砂培 个品种 首
「
着茎叶 的 固氮分馏 因 数 日值 为 。、 乙
‘“ 为一 一 喻 , 白三叶
、
绿豆和银合欢的 日值分别 为 一
、
和 各‘ ” 分别为 、 及一 。 ‘ 根据 ‘ ”
‘
天然丰度 的 变化
, 估
刚 了田 间生长首着的 固 氮能 力 , 表明 个品种 的共生 固氮能 力不 同 。 格洛里 及润 布勒
首着 两品种 最 高 , 保 定
、 阿 尔贡奎因及明托 首篇 个品种 次之 , 秘普首拾最低 。 首着
不 同时期 的 固氮活性有变化 ,
、 月间固氮活性达高峰 。 根据所刚豆科枚草茎叶 的
乙‘“ 值 , 可 以 对豆科牡草进行定性或半定量水 平上 的 固氮研 究 , 以 筛选 高效 固氮
枚草和检测野生 固氮资添 。 本文还对不 固氮参照植物和不 同方法时 估计位 的
影响进行 了讨论 。
关键词 工“ 天然丰度 共 生 固氮 豆科枚 草
前 分了口
同一地块上生长的固氮植物 与不 固氮植物的‘“ 天然丰度值存在着差异 〔‘ 一 “
。 利 用 数
学公式 己’” 不固氮植物一 乙‘ “ 固氮植物 〔乙’“ 不固氮植物一 乙‘ “ 固氮 即可评估
其 固氮贡献 〔“ 一 ” 」
。
与灵敏度高的乙炔还原法及经典的总氮差值法相 比 , 该法具有同位 素 示
踪技术的优点 〔 ”
, “ , ’“ 。 同时 , 与利用 ’” 标记物的示踪技术相 比 , 它不需使用较 昂贵的 ’“
标记物 , 不破坏研究对 象生长的生态环境 , 只需采集少量叶片 , 测定其 ‘ “ 含量 , 即可 估测
其 固氮状况 , 因而引起人们的兴趣和重视 〔“
, 〕。 素称 “ 牧草之王 ” 的紫花首褶
, 是一种 古
老的栽培牧草 , 在全世 界的栽培面积达 亿亩 ,
’
广泛分布于寒 温带地区 , 也是我国北方 计 划
发展的主要豆科牧草之一 本文报道不同品 种紫花首蓓和 白三叶等豆科牧草 固氮时的 回位
素分馏系数 ,
·
及其对 固氮估计值 的影响 不 同时期不 同品种首猎 ‘ “ 天然丰度值的变化 不
同非固氮参照植物对首楷 估计值的影响 , 以及不 同方法 估测 的比较
。
此文于 年 月 日收到 。
核 农 学 报 卷
材 料 与 方 法
无氮营养液砂培紫花首楷及白三叶 试验于 年 月至 月在本所网室进行
。 秘鲁 、 阿
尔贡奎因 、 明托
、
保定
、
格洛里
、 润布勒 , 新疆等紫花首着及 白三叶等牧草种 子 , 经
消毒 , 无菌水冲洗数次后 , 分别接种根瘤菌剂 。 种子播于装有洗净河砂的 小 塑 料 盆
中 每 盆 株 , 表面复盖 。 涂蜡河砂 , 牧草生长期间 , 不时滴入无氮营养液 , 盆底有排水
孔 , 收获时分开地上部 与地下部 。
盆栽试验 试验于 年 月 日至 月 日在本所网室进行 , 盆栽土壤含 氮 ,
有机质 , 有效磷 ,
。 土壤全氮 各’“ 值为 编 。 供试牧 草 新疆
首藉 , 苇状羊茅 巴斯特 一 , 中间冰草 加拿大 一 及 扁 穗 冰 草 一 。 肥
料处理 施 ‘“ 标记硫酸按 丰度为 。 及不施氮肥 。
田 间牧草样品采集 供测牧草为我院畜牧所 词料室品种试验地 内生长多年的紫花首楷及
禾本科牧草牛尾草和鸭茅 。
全氮含且及 ‘“ 丰度的刹定及固氮百分率 的计算 取烘干磨细样品 , 用 改 良
凯氏法 消化 , 测定全氮量 , 并进行质谱分析 〔“
。 用总氮差值法 、 ‘ 同位素稀释 法 及 ‘ ”
天然丰度法计算首猎的 , 数据经统计分析处理屯
, ’” 」。
结
·
果 与 讨 论
一 固氮分馏因数
由表 看出 , 无氮砂培 种首揩茎叶的固氮分馏因数 日值为 、 色‘“ ‘ , 二
一 一 白三叶
、
绿豆和银合欢等 种豆科植物茎 叶 的日值为。
乙’“ , , 二 二 一 编 。 等曾报道首着地上 部 日值 为
乙‘“ ‘ 二 一 、 。 , 白 三 叶 日值 为 连 一 乙‘“ , 二 一 、
。 〔“ , “ ’。 不同牧草根部的书值亦不相 同 , 如 种首着根部 的日值为
乙‘ ” , 二 一 。。 一 编 。 可见 , 豆科牧草种间或品矛卜间的固氮分馏值各不相 同 。
说明豆科牧草在固氮过程 中发生了程度不同的 同位素分馏
。
从表 还可看出 , ‘“ 在牧草茎叶和根中分配是不同的 。 茎叶中的 ’” 含量普遍高于根部
的 ‘“ 含量 。 如秘鲁首偕茎叶的 乙‘ “ 值为一 。 , 其根部为一 编 保定一猪茎 叶 与
根的
‘
各‘“ 分别为 一 编及一 编 白三叶的相应值分别 为 。与 。
。
值得 指出
的是 , 不同营楷品种间茎叶的‘“ 含量变化较小 , 在一 一 喻之间 , 根的 变化较大 ,
为一 、一 。 因此利用 ‘ ” 天然丰度法估计植物固氮百分率时 , 茎叶是 比较理想 的
材料 , 不仅容易采集 , 而且可 比性较好
。
二 乙‘“ , 二 值对 ‘“ 天然丰度法估计 的影响
相对豆科植物 与非豆科植物的 己’“ 差值 输 而言 , 固氮分馏值是不可忽 视
的 。 我们用不 同品种首蓓茎叶的 乙‘“ 二 值计算了盆栽新疆首猎的 , 结果见表 。 从表
看 出 , 以新疆首楷的 乙‘ ” 二 值 一 算得的 为
。
若选用其他品 种的
’“ , 二 值 , 如格洛里 各’” 二 二 一 喻 或润布勒 乙 ’“ , 二 一 编 首指时 ,
期 , 天然丰度法测量豆科牧草共生固氮的评估
表 无氮砂培豆科牧草的含氮量
、 ‘ “ 天然丰度及 固氮分馏因数
, ’“ 。 日一
一 一
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‘ 二 ,一 日
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表 乙
二 值对盆栽新疆首楷 估计值的影响
各 ‘ 二 ,
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值就会偏低 或偏高
。 因此 , 在用 ‘“ 天然 丰度法评估豆科牧草
时 , 必须考虑固氮过程中发生的 同位素分馏 ‘ 欲准确估测某 固氮牧草品 种 的
值 , 就必须测定该品种在以 空气氮为唯一氮源时茎叶的 乙‘“ 二 值 。
三 不同品种首摘的 乙‘“ 值
根据同位素稀释原理 , 牧草 固氮能力越高 , 从空气吸取的氮素越多 , 则 其 茎 叶 中 的 各
‘ 值越接近大气 的 各‘“ 值 。 因此 , 可 以根据待测牧草茎叶的 乙‘“ 值大小 , 在定性或
半定量水平上对其 固氮能力作出判断
。 我们对毗邻生长的 种首借先后连续 割 次 , 采样测
定其 乙‘“ 值 , 结果见表
。 ‘ 由表 可知
, 所测品 种茎叶的 乙‘“ 值随时期不同而变化
。 表明 种
首着的固氮活性均随生长时间而变化
。
综观 个品种在不同时期的 乙‘ “ 值波动 情 况 , 可 以
推测首着的固氮高峰约在六
、
七月间 。 这与牧草生长年的气温
、 土温及雨 量 等 变化和牧草
根瘤菌共生体的活动规律大致相符
。
由表 还可看出 , 各时期不同品 种的 乙‘ 值均有差异
。 如 月 日 , 格洛里首糟的值为
空 核 农 学 报 卷
表 田 间生长豆科牧草茎叶的 各’ 值
乙‘ “ 输
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表 不固氮参照植物对 田 间首稽不同时期 估计值的影响
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编 , 秘鲁首着的 乙‘“ 值为 编 , 阿尔贡奎因及保定首着分别为 编和 。。 说 明
月 臼只珍害后 , 至 月 日这段时间内 , 品 种间固氮活性的 高低顺序为格洛里首蓓 润布勒
首着 阿尔贡奎因首着 保定首着 秘鲁首着
、 明托首着 。 又如 , 月 日测定时 , 阿 尔 贡
奎 因和秘鲁首蓓的 乙‘“ 值分别为 。和 。 , 润布勒和格洛里首偕的 乙‘ “ 值分 别 为
。 编和。 编
。
表明它们的固氮活性亦有差异 , 前两品种较低 , 后 两品种较高 。 同一时期不
同品 种间 乙‘ “ 值的差异 , 反映两次 刘割 间品种间的固氮活性差别
。 综观 次测定结果 , 比较
各时期 的品种 间固氮活性差别
, 可 以看出润布勒和格洛里首着的固氮能力较高 保定 , 阿尔
贡奎 因和明托等首稽次之 秘鲁首 着最低 。
咬四
’
不宣熟参胆植物和不同方清对 估算值的影响
‘“ 天然丰度法测量豆科收草共生固氮的评估
以毗邻地块上生
一
长的牛尾草和 鸭茅相应 时期样品的 各‘“ 值为不 固氮参照植物
, 计 算田
间生长多年的紫花首荷的 值 见表
。 由表 看出 , 利用 ‘“ 天然 丰度法计算田 间多年
生豆科牧草的 值时 , 不固氮参照植物的选择至关重要
。 由表 的第 栏可见 , 以 鸭 茅为
不 固氮参照植物算得的 值中 , 显然有许多是不正确不合理的
。 如 月
一
日 、 书可尔贡 奎
因和润布勒首借的 分别为 沁和一 又如 月 日秘鲁和明 托 首 荷
的
’
分别为一 及 。 比较而言 , 以牛尾草为不 固氮参照植物所得数据较好
见第 栏各值 。 如格洛里首借 月 日样品 , 以牛尾草为不 固 氮 参 照植物时 , 为
表 第 栏 若 以 鸭茅为参照植物 , 其值为
。 。 又如保定首楷 月 日第 栏值
为 , 而第 栏值为 。 根据 以往研究报道 , 后一数值明显偏低 〔‘“ , “ 。
但是 , 应 当指出 , 当牧草固氮活性很低时 , 如秘鲁和阿尔贡奎 因首蓓 月 日样品 , 利用牛
尾草仍不能准确定量测出其 。 正如 等指出 , 用 ‘“ 天然 丰度估算植物的
时 , 其标准差为 一 , 甚至可达 〔” 〕
。 与以往我们用富集 ‘“ 示踪法测定首楷
值相 比 , 第 栏中的数值有可能偏低
。
这些现象都可能 与牛尾草具有联合固氮能力的迹 象 有
关〔“
, ‘ 平’。 以牛尾草为不 固氮参照植物 , 用 ‘“ 同位素稀释法或 值法 估 计 豆 科 牧 草
时 , 未发现低 估现象 ‘ “
, ’‘ 。 由此可见 , 在利用 ‘“ 天然 丰度法估算豆科植 物 , 特 别
是多年生豆科牧草的 时 , 不 固氮参照植物的选择尤为 困 难
。 但是 , 值得指出 ,
·
尽 管
值可能偏低 , 综合 比较分析第 栏数值 , 可 以发现首藉品种间的 值的差异及不同
时期的波动趋势 , 仍 与表 用 乙‘ ” 值分析所得结果大致相吻合 。 进一步表明对 田间 豆 科 牧
草进行定性或半定量 固氮研究
, 筛选高效固氮菌株或牧草品种 , 或野外固氮牧草资源调查 ,
可以忽略固氮分馏因数的影响
。
“
‘ ’
我们 以苇状羊茅 、 中间冰草与扁穗冰草为不 固氮参照植物 , 利用 ‘“ 天然 丰 度法
、 ‘“
同位素稀释法 与总氮差值法对盆栽新疆首着的固氮能力进行了评估 , 结果见表 。 统计分析表
明 , 用总氮差值法所得 值 , 无论施氮与否
一
, 均显著低于 同位素示踪法
。 如 以 中间 冰草
作不 固氮参照植物为例 , 总氮差值法测得施氮与不施氮时新疆首楷的 分别 为
和 ‘ ” 同位素稀释法和 ‘“ 天然丰度法测得分别 为 和 。低氮情况下 ,
表 不同方法估计的盆栽新疆首槽的 值
’“
士
土 士 ,
士 二 , 士
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肠 “
土 土
士 土
,
核 农 学 报 卷
总氮差值法 估计 值偏低的现象以往 已报道 〔‘“ 。 值得指出 , ‘“ 天然丰度法 与富集 ‘“
稀释法的估计值无明显差异
。
还应该指出 , 表 所列几种不 固氮植物作参照植物
结果无明显影响 。
对 种方法估算盆栽新 疆 首着 的
结 语
研究表明 , 用 ‘“ 天然丰度法估测豆科牧草的共生固氮贡献 , 不需使用较为昂贵 的 ‘
标记肥料 , 也不破坏牧草生长的自然生态环境 , 只需采集豆科牧草的茎叶 , 测定其 ‘ 含量
即可估计其 固氮贡献能力 。
直接根据待测牧草样品的 乙‘“ 值 , 可 以初步判断其 固氮能力高低 , 为筛选高效固氮 牧
草及野生固氮资源调查 , 提供了简便易行的研究手段 。 但是 , 欲准确估计豆科牧草田间固氮
量 , 不仅需要测定该收草的固氮分馏因数 值 即 乙, 二 ‘“ 值 , 而且需要选择合 适 的 不
固氮参照植物 。 与其他方法 富集 ‘ “ 同位素稀释法
、
值法及总氮差值 法 相 比 , 参 照
植物选择的合适 与否 , 对 ‘ “ 天然丰度法尤为重要 。 参照植物不合适 , 不仅有可能使
估计值产生偏高或偏低的差错 , 甚至会得出极不合理的数值 , 这也说明了该法虽有其独特的
优点 , 但亦有相 当大的局 限性
。
蒙本院畜收所饲料室苏家楷主任
、 张文淑和李敏两先生惠赠不 同品种首着种子及禾本科牧草种子 , 并慷慨给以采集田
间枚草样品之方便 又蒙本院土肥所微生物室李元芳和宁国赞两先生惠赠 白三叶
、 新疆首着种子及根瘤菌剂 , 特此一并致
谢 。
·
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参 考 文 献
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〔 马 昌大拜等 用 ‘“ 一 值法测定豆科作物的共生固氮量 原子能农业应用 , , 一
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〔 〕姚 允寅等 植物
、
土壤样品中 ‘“ 夭然丰度测定技术研究 。 核农学报 增刊 ,
〔 〕马昌焕等 用 ’“ 同位素稀释法估计豆科牧草的固 量 。 稳定同位素
门 姚允寅等 利 用同位素 ‘“ 研究豆科收草的固 。 稳定同位素 , 一
〕朱树秀等 新疆几种禾本科收草对土壤氮素的影响 。 八一农学院学报 , ,
〔, ”〕马 昌麟等 不同施肥早对 舆值法估计固氮量的影呐
。 原子能农业应用 , ‘ ‘
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